[发明专利]微型可编程控制器

说明书

技术领域

本发明属于可编程控制装置，是结合机械、电子、控制技术为一体的机电一体化设备，属于计算机控制领域。 

背景技术

可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，控制器及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 

在现代生产过程中，通常采用 PLC 或者单片机实现自动化控制，PLC 结构复杂，体系庞大，价格高，不同公司生产的PLC 编程所应用的指令不一样，对于编程人员来讲难以掌握，因此是在小批量，小规模生成过程中，如果仍然采用PLC 作为控制器，无形当中增加了生产成本，使得整体设计的性价比降低；如果采用单片机作为控制芯片，由于单片机价格低廉，可以达到降低成本的目的，但是单片机编程、外围电路设计比较复杂，由此将产生设计、生产周期长等问题。因此本发明基于我国机械制造业机电一体化和可编程控制器的应用发展现状，依据计算机技术、单片机应用开发技术、 RS-232 串行口通信技术进行设计。 

发明内容

本发明的目的在于：结合计算机技术、单片机应用开发技术、 RS-232 串行口通信技术，设计一种简易微型控制器，该简易微型控制器以stm32系列微处理器芯片作为控制核心，采用面向对象的上位机软件编程思想，包括数字量输入输出、数据存储、在线可编程、实时动态监控等功能。 

本发明设计的简易微型控制器以stm32系列微处理器芯片作为控制核心，结合上位机、数字量输入输出模块、数据存储模块、串口通信模块构成，PC机实现人机对话功能，主要完成控制器执行程序的编辑、编译、下载工作，同时利用监控软件对控制器的工作状态进行实时监控. 

控制器主控模块的核心部件是stm32微处理器芯片，其功能是按控制器系统程序赋予的功能，接收并存贮PC机发送的执行程序代码和数据，用扫描的方式接收现场输入装置的状态和数据，并将其传送、组合、比较、变换，完成执行程序中规定的逻辑控制或运算任务。

数字量输入模块主要完成对外部工业设备状态数字量的输入工作外部工业设备的开关状态经过光耦隔离、输入信号转换电路处理后，进入并行输入/串行输出数据寄存器中，最后单片机利用串行数据输入方式对数据进行读取。 

数字量输出模块控制器通过数字量输出模块将数字信号转换成对外部执行元件的控制信号, 工作过程stm32控制器利用串行数据输出方式对数据进行输出,数据从stm32芯片进入串行输入/并行输出数据寄存器中，经过输出信号转换电路处理后，转换为外部工业设备执行元件的控制信号。 

上位机采用普通的PC机，实现人机对话，主要完成控制器执行程序的编辑、编译、下载工作，通过串口通信实现执行程序额的在线下载及修改，同时通过监控软件对控制器的工作状态进行实时监控。 

附图说明

图1是本简易控制器的系统功能框图； 

图2是控制器硬件结构功能示意图。

具体实施方式

简易微型控制器是机电一体化产品， 涉及机械、电子、计算机控制等多个领域的知识，需要各方面互相配合，下面对本发明的具体实施方式予以介绍。 

该控制器采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，每次扫描过程集中对输入信号进行采样，集中对输出信号进行刷新；输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入，只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入；一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新；元件映像寄存器的内容是随着程序的执行而变化的；由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。 

控制器工作过程为下载程序到stm32控制器主控芯片中，当控制器投入运行时，CPU根据系统执行程序规定的顺序，不断循环扫描， 完成各输入点的状态及数据采集，存入输入寄存器中，同时，扫描执行程序的每条指令， 按指令规定的内容， 对相应的输入、输出数字量及中间变量进行逻辑运算，将运算结果存入输出寄存器或中间变量寄存器，最后通过输出模块将运算结果输出，驱动外界被控系统的执行机构，完成被控对象的控制。 

基于以上控制器工作方式，控制器采用模块化设计，因此将系统分为硬件和软件两部分，其中硬件部分又分为主控模块、数字量输入模块和数字量输出模块三部分，主控模块以stm32f103vet6为控制芯片，在该芯片上下载并运行执行程序，实现对外部设备的控制目的；数字量输入、输出模块通过串行芯片构建、扩展控制器的I/O通道，实现数字量的输入及输出功能；软件部分包含PC机软件和控制器软件两大部分，其中PC机软件包含执行程序处理软件及监控软件两种，执行程序处理软件利用模块化方式编制，共包含：执行程序编辑模块、执行程序编译模块和执行程序下载模块三部分，软件的三个模块分别完成执行程序的编辑、编译及下载过程，PC机监控软件利用串口同微型控制器主控模块中的stm32芯片进行数据通信，利用人机界面将控制器的工作状态进行实时显示，达到监测的目的，控制器软件包含下载程序及固化模块两部分，其中下载程序与PC机执行程序处理软件中的下载模块进行数据通信，完成执行程序的在线下载功能，控制器中的固化模块包含控制器初始化、外部数字量读取、数字量输出、监控等程序，联合从PC机下载的执行程序，构成控制器系统程序。